Desde que el primer avión despegó hace más de 100 años, prácticamente todos los aviones en el cielo han volado con la ayuda de partes móviles como hélices, álabes de turbinas y ventiladores, que funcionan con la combustión de combustibles fósiles o con baterías.que producen un zumbido persistente y llorón.
Ahora los ingenieros del MIT han construido y volado el primer avión sin partes móviles. En lugar de hélices o turbinas, el avión ligero es impulsado por un "viento iónico", un flujo silencioso pero poderoso de iones que se produce a bordo delavión, y eso genera suficiente empuje para impulsar el avión sobre un vuelo sostenido y constante.
A diferencia de los aviones propulsados por turbinas, el avión no depende de los combustibles fósiles para volar. Y a diferencia de los drones propulsados por hélices, el nuevo diseño es completamente silencioso.
"Este es el primer vuelo sostenido de un avión sin partes móviles en el sistema de propulsión", dice Steven Barrett, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica en el MIT. "Esto ha abierto posibilidades nuevas e inexploradas para aviones que sonmás silencioso, mecánicamente más simple y no emite emisiones de combustión "
Él espera que en el corto plazo, tales sistemas de propulsión de viento iónico puedan usarse para volar drones menos ruidosos. Además, él prevé la propulsión iónica junto con sistemas de combustión más convencionales para crear aviones de pasajeros híbridos más eficientes en combustible y otrosaviones grandes
Barrett y su equipo en el MIT han publicado sus resultados en la revista Naturaleza .
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Barrett dice que la inspiración para el avión iónico del equipo proviene en parte de la serie de películas y televisión, "Star Trek", que vio con avidez cuando era niño. Se sintió particularmente atraído por los transbordadores futuristas que se deslizaron sin esfuerzo por el aire, aparentementesin partes móviles y casi ningún ruido o escape.
"Esto me hizo pensar, en el futuro a largo plazo, los aviones no deberían tener hélices y turbinas", dice Barrett. "Deberían ser más como los transbordadores en 'Star Trek', que tienen un brillo azul y silenciosamenteplaneo."
Hace unos nueve años, Barrett comenzó a buscar formas de diseñar un sistema de propulsión para aviones sin partes móviles. Finalmente se encontró con el "viento iónico", también conocido como empuje electroaerodinámico, un principio físico que se identificó por primera vez en la década de 1920y describe un viento, o empuje, que puede producirse cuando se pasa una corriente entre un electrodo delgado y uno grueso. Si se aplica suficiente voltaje, el aire entre los electrodos puede producir suficiente empuje para propulsar un avión pequeño.
Durante años, el empuje electroaerodinámico ha sido principalmente un proyecto de aficionado, y los diseños se han limitado en su mayor parte a pequeños "levantadores" de escritorio atados a grandes suministros de voltaje que crean el viento suficiente para que una pequeña embarcación flote brevemente en el aireSe asumió en gran medida que sería imposible producir suficiente viento iónico para propulsar un avión más grande en un vuelo sostenido.
"Fue una noche de insomnio en un hotel cuando me retrasé en el jet, y estaba pensando en esto y comencé a buscar formas de hacerlo", recuerda. "Hice algunos cálculos al final del sobre.y descubrió que sí, podría convertirse en un sistema de propulsión viable ", dice Barrett." Y resultó que necesitaba muchos años de trabajo para pasar de eso a un primer vuelo de prueba ".
los iones toman vuelo
El diseño final del equipo se asemeja a un planeador grande y liviano. La aeronave, que pesa alrededor de 5 libras y tiene una envergadura de 5 metros, lleva una serie de alambres delgados, que se cuelgan como cercas horizontales a lo largo y debajo del extremo delantero delala del avión. Los cables actúan como electrodos cargados positivamente, mientras que los cables más gruesos dispuestos de manera similar, que corren a lo largo del extremo posterior del ala del avión, sirven como electrodos negativos.
El fuselaje del avión contiene una pila de baterías de polímero de litio. El equipo del avión de iones de Barrett incluía miembros del Grupo de Investigación de Electrónica de Potencia del Profesor David Perreault en el Laboratorio de Investigación de Electrónica, que diseñó una fuente de alimentación que convertiría la salida de las baterías aun voltaje suficientemente alto para impulsar el avión. De esta manera, las baterías suministran electricidad a 40,000 voltios para cargar positivamente los cables a través de un convertidor de potencia liviano.
Una vez que los cables están energizados, actúan para atraer y eliminar los electrones cargados negativamente de las moléculas de aire circundantes, como un imán gigante que atrae las limaduras de hierro. Las moléculas de aire que quedan quedan recientemente ionizadas y, a su vez, son atraídas por elelectrodos con carga negativa en la parte posterior del avión.
A medida que la nube de iones recién formada fluye hacia los cables cargados negativamente, cada ion choca millones de veces con otras moléculas de aire, creando un empuje que impulsa el avión hacia adelante.
El equipo, que también incluía al personal del Laboratorio Lincoln Thomas Sebastian y Mark Woolston, voló el avión en múltiples vuelos de prueba a través del gimnasio en el DuPont Athletic Center del MIT, el espacio interior más grande que pudieron encontrar para realizar sus experimentos. El equipo volóplaneó una distancia de 60 metros la distancia máxima dentro del gimnasio y descubrió que el avión producía suficiente empuje iónico para mantener el vuelo todo el tiempo. Repitieron el vuelo 10 veces, con un rendimiento similar.
"Este fue el avión más simple posible que pudimos diseñar que podría probar el concepto de que un avión iónico podría volar", dice Barrett. "Todavía está lejos de un avión que podría realizar una misión útil. Tiene que ser más eficiente, vuela por más tiempo y vuela afuera "
El equipo de Barrett está trabajando para aumentar la eficiencia de su diseño, para producir más viento iónico con menos voltaje. Los investigadores también esperan aumentar la densidad de empuje del diseño, la cantidad de empuje generado por unidad de área. Actualmente, volando el equipoel avión liviano requiere una gran área de electrodos, lo que esencialmente constituye el sistema de propulsión del avión. Idealmente, a Barrett le gustaría diseñar un avión sin sistema de propulsión visible o superficies de control separadas, como timones y elevadores.
"Tomó mucho tiempo llegar aquí", dice Barrett. "Pasar del principio básico a algo que realmente vuela fue un largo viaje para caracterizar la física, luego idear el diseño y hacerlo funcionar. Ahora las posibilidadespara este tipo de sistema de propulsión son viables "
Esta investigación fue apoyada, en parte, por la Línea de Sistemas Autónomos del Laboratorio MIT Lincoln, la Beca de Investigación del Profesor Amar G. Bose y la Alianza Singapur-MIT para Investigación y Tecnología SMART. El trabajo también fue financiado a través de Charles StarkDraper y Leonardo presiden desarrollo de carreras en MIT.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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